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前道量检测设备市场规模较大且保持着稳定增长
发布日期:2024-04-08 17:24:05

前道量检测设备市场规模较大且保持着稳定增长

1、前道量检测设备行业概述

(1)前道量检测设备是芯片制造产线中不可或缺的核心设备

前道量检测设备以光、电子束等介质作为主要工具,针对光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备等工艺设备的加工成果,进行关键指标的量测或潜在缺陷的检测,其使用场景覆盖扩散、薄膜沉积、光刻、刻蚀、离子注入、 CMP、清洗等芯片前道生产的几乎全部工序,具体情况如下:

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资料来源:普华有策公开资料整理

区别于光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备等工艺设备,前道量检测设备属于“过程控制设备”,本身并不参与制造,但发挥着“指引”制造活动的作用:

一方面,良率系芯片制造的“生命线”,芯片产线须依赖前道量检测设备检测出产品的各类缺陷,并依此发现各工艺阶段的潜在问题,及时对工艺路线、设备搭配、产线参数等进行调整,进而提升芯片产线整体的产品良率。随着下游芯片需求的不断发展,芯片制造的工艺步骤亦在不断增多,工艺步骤的增多亦会导致产线的整体良率更加难以把控,从而导致产线对前道量检测设备的依赖不断提高。

另一方面,在进行制造工艺改进或工艺节点提升时,芯片产线亦须通过前道量检测设备获取精确的数据支持,以评判工艺方案的优劣,或指导相应的研发探索。例如,在多重曝光技术中,正是依靠了“套刻精度量测设备”对光刻工序后两层相邻光刻胶的“偏移量”的测定,才能验证多张掩膜版的相对位置是否精确,从而验证相关工艺是否可行,进而决定该技术的商业化价值。若无法得知精确数据,则多重曝光技术将无法顺利产业化。

因此,前道量检测设备是芯片制造产线中不可或缺的核心设备,前道量检测设备的技术水平,直接影响着芯片品质,并制约着芯片工艺的技术提升。

(2)前道量检测设备涉及多学科领域,结构精密复杂、制造难度大

从结构上看,前道量检测设备主要由传输单元、光路处理单元、信号单元、量检测单元等系统组成,包含成千上万个具体模块,每个具体模块的突破均需要企业长期的技术积淀。

从功能上看,前道量检测设备作为半导体行业的高精密仪器,需完成纳米级别的测量、检测工作,是半导体前道生产的“眼睛”和“医生”。前道量检测设备的功能属性决定了其必须具备“高精密度”的特质。

从技术上看,前道量检测设备涉及高真空腔传输技术、光谱检测技术、快速运算技术、高精度信号检测技术等多项技术的攻关,是光学、物理学、机械学、算法等多领域学科的技术结晶,技术壁垒较高,制造难度较大。

(3)前道量检测设备种类繁多,在自研突破的同时亦须兼顾产线的安全稳定生产

前道量检测设备是应用于前道过程控制的一系列设备的统称,不同于光刻机、刻蚀机、薄膜沉积设备等工艺设备,前道量检测设备的种类繁多,包括十余种大类和上百种型号,分别用于薄膜厚度、关键尺寸、套刻精度、刻蚀深度、表面形貌等关键指标的测量,以及颗粒沾污、图案缺陷、微观缺陷、机械划伤等一系列潜在缺陷的检测。

不同品类的前道量检测设备功能不同,其技术原理亦各有特点,每个细分领域均需较为深厚的技术积累和持续研发攻关,需投入较大精力开展自研。而对于产线而言,由于各道连续工序存在“木桶效应”,任何一个细分领域的量检测设备的欠缺,均会导致产线整体生产成果无法有效控制,进而对产线良率造成不利影响。

在上述背景下,一方面,需要国内企业不断在各个细分领域持续攻关,提高各类前道量检测设备能力;另一方面,也需要重视修复设备市场,通过修复设备市场的发展,持续为产线提供多品类的修复设备供应,维持产线的稳定运转,进而确保芯片制造的安全生产。

2、前道量检测设备行业规模情况

(1)前道量检测设备市场规模较大且保持着稳定增长

前道量检测设备作为半导体设备市场的重要组成,其市场规模在半导体设备中仅次于薄膜沉积设备、光刻机、刻蚀设备。

近年来,全球前道量检测设备市场呈现稳步增长。2019年至 2023年,全球前道量检测设备市场规模由51.87 亿美元增长至125.3亿美元。

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(2)少数国际龙头企业主导全球前道量检测设备供应市场

前道量检测修复设备的市场格局, 主要呈现国际原厂修复部门占据大部分市场份额,卓海科技等第三方修复厂商展开与原厂修复部门的竞争,逐步提升自身市占率的情况。

与光刻机市场相似,前道量检测设备的技术壁垒高、制造难度大, 需要企业长时间的投入及技术积淀,供应市场呈现高度集中的格局。目前,全球前道量检测设备供应市场由 KLA、 AMAT、Hitachi 等少数国际龙头企业主导, 其总市场占有率超过七成。

为匹配摩尔定律下晶圆制造工艺的升级步伐,及时满足全球领先的晶圆制造企业对新一代设备的需求,并保持引领市场的竞争力,在有限的资金、产能、人力下,国际龙头企业一般会将更多精力投入研发生产先进制程设备。而对于成熟制程设备市场,国际龙头企业一般通过提供修复设备的方式,实现全方位的占据。

目前,国内先进制程的前道量检测设备市场,主要被 KLA、 AMAT 等国际龙头企业的新设备部门所占据,而成熟制程市场,主要被上述国际龙头企业的修复部门所占据。

(3)我国前道量检测设备行业处于发展初期

前道量检测设备结构精密复杂、制造难度大,而我国芯片产业起步又相对较晚,导致前道量检测设备的产业发展一直呈现较低水平。前道量检测设备行业仍属于我国的产业优势相对较弱的领域,尽管国家多年来持续鼓励半导体设备研发、国内自研企业均在不断钻研突破,但受限于行业起步较晚等因素,短期内预计仍无法满足芯片稳定生产的需求缺口,而作为“工业粮食”的芯片一旦欠缺,会直接影响诸多下游新兴领域的发展。因此,为保障产线的芯片产量和生产安全,在鼓励新设备自研的同时,应兼顾修复设备市场,进而保障芯片产线运行。

3、中外前道量检测设备行业能力行业比较

全球前道量检测设备市场中,以 KLA、 AMAT、 Hitachi 为代表的国际龙头企业进入市场时间较早、经营规模较大、产品布局丰富,具备较强的技术实力和自主研发能力。

我国在半导体前道量检测设备领域起步较晚,国内企业还处于初步发展阶段,虽然在部分细分领域实现了突破,但产品的成熟度还远远未能满足下游的迫切需求。与国际巨头 KLA、 AMAT、 Hitachi 相比,一方面,国内企业整体技术水平存在一定差距,另一方面较多国内企业的自研产品还处于客户验证等初级阶段,商业化程度不高,距离大规模、批量化交付,还需要较长的时间。

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